CN209993720U - 北斗融合gnss三星座接收天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了移动通信和卫星定位导航技术领域的北斗融合GNSS三星座接收天线，包括工作于L、S频段反馈电路的四臂螺旋天线和工作于B1、L1频段反馈电路的微带贴片天线，还包括天线底座，微带贴片天线紧贴于天线底座的上方，天线底座的底端与外部三个射频电路的SMA转接头相连接，四臂螺旋天线由四根等长同宽的铜箔按照相同轨迹印刷在柔性介质薄膜上，圆形辐射贴片上均匀开有工作于S频段四臂螺旋天线的馈电端口，设计采用了四臂螺旋天线和微带贴片天线上下叠层结构的组合方式以及小型化的设计方案，天线整体结构紧，实现了小型化和多频段工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及移动通信和卫星定位导航技术领域，具体为北斗融合GNSS三星座接收天线。
背景技术
随着北斗二代二期卫星组网运行，以及北斗一代具备的短报文特色，基于北斗卫星的导航定位和移动通信在运输监控、水文监测、防洪抗汛，野外救援定位、单兵作战以及提供定位、通信和授时综合服务等领域获得了越来越广泛的应用，从而使得具备北斗双模天线和设备的需求量日益增加，同时也对终端天线的小型化、多频段、圆极化辐射、低仰角增益等性能提出了愈来愈高的要求。
常用于卫星通信、卫星导航定位的GNSS三星座接收天线，天线整体集成了北斗一代发射L频段（中心频率为1616MHz）、接收S频段（中心频率为2492MHz）、北斗二代B1频段（中心频率为1561MHz）和GPS L1频段（中心频率为1575MHz）。主要包含方形和圆形的微带贴片天线、谐振式四臂螺旋天线和十字倾斜交叉振子等。其中，微带贴片天线和四臂螺旋天线因其具有突出的电气性能和优良的辐射性能而被广泛使用。微带贴片天线具有剖面低、结构简单规则、馈电方式简单、易于实现圆极化辐射和调试的优良特性，但缺点是工作带宽较窄，需要面积较大的参考地，波束宽度不够宽等；而小型化的方法主要有高介电常数介质加载、表面开槽、短路加载等方法。四臂螺旋天线具有心型辐射方向图，宽波束圆极化辐射、无需参考地、低仰角增益高等优点，缺点是工作带宽较窄，正交平衡馈电结构复杂等缺点；小型化的方法主要有介质加载、螺旋臂曲流、折叠技术等。
基于此，本实用新型设计了北斗融合GNSS三星座接收天线，以解决上述提到的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供北斗融合GNSS三星座接收天线，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：北斗融合GNSS三星座接收天线，包括工作于L、S频段反馈电路的四臂螺旋天线和工作于B1、L1频段反馈电路的微带贴片天线，还包括天线底座，微带贴片天线紧贴于天线底座的上方，天线底座的底端与外部三个射频电路的SMA转接头相连接，所述微带贴片天线由介质基板、印刷于介质基板上的圆形辐射贴片和PCB覆铜板一紧密固定而成，所述四臂螺旋天线由四根等长同宽的铜箔按照相同轨迹印刷在柔性介质薄膜上，将柔性介质薄膜绕制成圆柱形螺旋臂，且螺旋臂的顶端采取短路设计，所述圆形辐射贴片上均匀开有工作于S频段四臂螺旋天线的馈电端口，工作于B1、L1频段反馈电路和S频段馈电电路表贴封装于PCB覆铜板一的背面，L频段馈电电路表贴封装于PCB覆铜板二上，工作于S频段四臂螺旋天线内部填充泡沫，泡沫中心位置开有大于同轴线的通孔，所述同轴线焊接在工作于L频段四臂螺旋天线的PCB覆铜板二上，所述L频段的反馈电路表贴封装于PCB覆铜板二的背面，还包括固定于天线底座上的天线外罩。
优选的，所述微带贴片天线上的馈电端口采用等幅，且相位差为90°，PCB覆铜板二上的馈电端口也采用等幅，且相位差为90°。
优选的，所述四臂螺旋天线由两个等幅正交馈电的双臂螺旋天线组成。
优选的，所述天线底座直径为88mm、厚度为10mm，且天线底座上均匀地开有8个直径为6.3mm的通孔。
优选的，所述PCB覆铜板面积大于介质基板的面积，且PCB覆铜板直径为53mm，介质基板直径为44mm。
优选的，所述天线外罩的底部与天线底座直径相同，且天线外罩底部均匀地开有与天线底座上的通孔相对应的安装孔，天线外罩的圆柱部分内外直径分别为25mm和29mm。
优选的，工作于S频段的所述四臂螺旋天线直径为22mm，高度为50.4mm，螺旋升角为35.49°，产生右旋圆极化辐射。
优选的，工作于L频段的所述四臂螺旋天线直径为22mm，高度为85mm，螺旋升角为45.88°，产生左旋圆极化辐射。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：设计采用了四臂螺旋天线和微带贴片天线上下叠层结构的组合方式以及小型化的设计方案，天线整体结构紧，实现了小型化和多频段工作；天线在所有频段中心频率处的3dB轴比宽度都达到了140°以上，微带贴片天线和四臂螺旋天线的最大波束宽度分别达到了106°和169°，接收频段与发射频段的隔离度均大于35dB。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型仰视图；
图3为本实用新型实测回波损耗图；
图4为本实用新型B1频段和L1频段中心频点处轴比图；
图5为本实用新型L频段和S频段中心频点处轴比图；
图6为本实用新型B1频段和L1频段中心频点处方向图；
图7为本实用新型L频段和S频段中心频点处方向图；
图8为本实用新型接收频段与发射频段之间的隔离度。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、四臂螺旋天线；2、微带贴片天线；3、天线底座；4、SMA转接头；5、介质基板；6、圆形辐射贴片；7、PCB覆铜板一；8、柔性介质薄膜；9、螺旋臂；10、馈电端口；11、PCB覆铜板二；12、天线外罩；13、S频段四臂螺旋天线；14、L频段四臂螺旋天线；15、通孔；16、安装孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：北斗融合GNSS三星座接收天线，包括工作于L、S频段反馈电路的四臂螺旋天线1和工作于B1、L1频段反馈电路的微带贴片天线2，还包括天线底座3，微带贴片天线2紧贴于天线底座3的上方，天线底座3的底端与外部三个射频电路的SMA转接头4相连接，所述微带贴片天线2由介质基板5、印刷于介质基板5上的圆形辐射贴片6和PCB覆铜板一7紧密固定而成，所述四臂螺旋天线1由四根等长同宽的铜箔按照相同轨迹印刷在柔性介质薄膜8上，将柔性介质薄膜8绕制成圆柱形螺旋臂9，且螺旋臂9的顶端采取短路设计，所述圆形辐射贴片6上均匀开有工作于S频段四臂螺旋天线13的馈电端口10，工作于B1、L1频段反馈电路和S频段馈电电路表贴封装于PCB覆铜板一7的背面，L频段馈电电路表贴封装于PCB覆铜板二11上，工作于S频段四臂螺旋天线13内部填充泡沫，泡沫中心位置开有大于同轴线的通孔15，所述同轴线焊接在工作于L频段四臂螺旋天线14的PCB覆铜板二11上，所述L频段的反馈电路表贴封装于PCB覆铜板二11的背面，还包括固定于天线底座3上的天线外罩12。
其中，所述微带贴片天线2上的馈电端口10采用等幅，且相位差为90°，PCB覆铜板二11上的馈电端口10也采用等幅，且相位差为90°，所述四臂螺旋天线1由两个等幅正交馈电的双臂螺旋天线组成。
其中，所述天线底座3直径为88mm、厚度为10mm，且天线底座3上均匀地开有8个直径为6.3mm的通孔15，所述PCB覆铜板面积大于介质基板5的面积，且PCB覆铜板直径为53mm，介质基板5直径为44mm，所述天线外罩12的底部与天线底座3直径相同，且天线外罩12底部均匀地开有与天线底座3上的通孔15相对应的安装孔16，天线外罩12的圆柱部分内外直径分别为25mm和29mm。
其中，工作于S频段的所述四臂螺旋天线1直径为22mm，高度为50.4mm，螺旋升角为35.49°，产生右旋圆极化辐射，工作于L频段的所述四臂螺旋天线1直径为22mm，高度为85mm，螺旋升角为45.88°，产生左旋圆极化辐射。
具体如下所述：通过三个SMA转接头4端口测得的回波损耗如图3所示；从图中可以看出，天线在所有频段都获得了良好的匹配状态，天线在B1频段、L1频段中心频点处轴比的仿真和实际测量结果如图4所示，在L频段、S频段中心频点处轴比的仿真和实际测量结果如图5所示。图6和图7是天线在四个中心频点处右旋（RHCP）和左旋（LHCP）圆极化辐射方向图的仿真和实际测量结果。从图4和图5中可以看出，四个频点处轴比的仿真结果和实际测量结果吻合地较为良好，微带贴片天线2和四臂螺旋天线1的3dB轴比宽度都达到了140°以上，天线的圆极化性能良好。从图6和图7中可以看出，天线在四个频段均展现出了半球覆盖型的方向图和良好的交叉极化隔离特性。其中，B1频段、L1频段中心频点处的顶点增益分别为3.86dBic和4.11dBic，半功率波束宽度分别为91°和106°；L频段、S频段中心频点处的最大增益分别为1.85dBic和2.08dBic，其半功率波束宽度分别为169°和155°。相比较而言，四臂螺旋天线1比微带贴片天线2具有更好的宽波束圆极化辐射特性和低仰角增益，但牺牲了最大增益。
由于工作于L频段的四臂螺旋天线1作为发射天线，其发射功率较大，因此对于接收频段B1\L1和S需保证和发射频段L之间的隔离度，其实际测量结果如图8（a）和图8（b）所示。从图中可以看出，无论在B1/L1频段还是S频段，隔离度都大于35dB，能够保证所有频段的正常工作。
设计采用了四臂螺旋天线1和微带贴片天线2上下叠层结构的组合方式以及小型化的设计方案，天线整体结构紧，实现了小型化和多频段工作；天线在所有频段中心频率处的3dB轴比宽度都达到了140°以上，微带贴片天线2和四臂螺旋天线1的最大波束宽度分别达到了106°和169°，接收频段与发射频段的隔离度均大于35dB。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.北斗融合GNSS三星座接收天线，包括工作于L、S频段反馈电路的四臂螺旋天线和工作于B1、L1频段反馈电路的微带贴片天线，其特征在于：还包括天线底座，微带贴片天线紧贴于天线底座的上方，天线底座的底端与外部三个射频电路的SMA转接头相连接，所述微带贴片天线由介质基板、印刷于介质基板上的圆形辐射贴片和PCB覆铜板一紧密固定而成，所述四臂螺旋天线由四根等长同宽的铜箔按照相同轨迹印刷在柔性介质薄膜上，将柔性介质薄膜绕制成圆柱形螺旋臂，且螺旋臂的顶端采取短路设计，所述圆形辐射贴片上均匀开有工作于S频段四臂螺旋天线的馈电端口，工作于B1、L1频段反馈电路和S频段馈电电路表贴封装于PCB覆铜板一的背面，L频段馈电电路表贴封装于PCB覆铜板二上，工作于S频段四臂螺旋天线内部填充泡沫，泡沫中心位置开有大于同轴线的通孔，所述同轴线焊接在工作于L频段四臂螺旋天线的PCB覆铜板二上，所述L频段的反馈电路表贴封装于PCB覆铜板二的背面，还包括固定于天线底座上的天线外罩。
2.根据权利要求1所述的北斗融合GNSS三星座接收天线，其特征在于：所述微带贴片天线上的馈电端口采用等幅，且相位差为90°，PCB覆铜板二上的馈电端口也采用等幅，且相位差为90°。
3.根据权利要求1所述的北斗融合GNSS三星座接收天线，其特征在于：所述四臂螺旋天线由两个等幅正交馈电的双臂螺旋天线组成。
4.根据权利要求1所述的北斗融合GNSS三星座接收天线，其特征在于：所述天线底座直径为88mm、厚度为10mm，且天线底座上均匀地开有8个直径为6.3mm的通孔。
5.根据权利要求1所述的北斗融合GNSS三星座接收天线，其特征在于：所述PCB覆铜板面积大于介质基板的面积，且PCB覆铜板直径为53mm，介质基板直径为44mm。
6.根据权利要求1所述的北斗融合GNSS三星座接收天线，其特征在于：所述天线外罩的底部与天线底座直径相同，且天线外罩底部均匀地开有与天线底座上的通孔相对应的安装孔，天线外罩的圆柱部分内外直径分别为25mm和29mm。
7.根据权利要求1所述的北斗融合GNSS三星座接收天线，其特征在于：工作于S频段的所述四臂螺旋天线直径为22mm，高度为50.4mm，螺旋升角为35.49°，产生右旋圆极化辐射。
8.根据权利要求1所述的北斗融合GNSS三星座接收天线，其特征在于：工作于L频段的所述四臂螺旋天线直径为22mm，高度为85mm，螺旋升角为45.88°，产生左旋圆极化辐射。
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